1.2 从V2X到C-V2X

1.2.1 V2X定义

V2X是车对外界的信息交换通道，是未来智能交通系统的关键技术，可以实现车与车、车与路边基础设施、车与互联网之间的相互通信，从而获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率。V2X中的V代表车辆，X代表任何与车交互信息的对象。V2X包括V2V（车与车通信）、V2I（车载设备与路侧基础设施之间的通信，如红绿灯、交通摄像头、路侧单元等）、V2P（车载设备和用户终端之间的通信）和V2N（车载设备通过接入网/核心网与云平台之间的通信）。V2X主要用于提高道路安全性、改善交通管理。利用V2X技术，“人、车、路、云”等交通参与要素可以被有机地联系在一起，不仅可以弥补单辆车感知的不足，促进自动驾驶技术创新和应用，还有利于构建一个智慧的交通体系，促进汽车和交通服务的新模式、新业态发展，对提高交通效率、节省资源、减少污染、降低事故发生率、改善交通管理具有重要意义。

目前，V2X技术有两条不同的技术路线。

（1）DSRC是以IEEE 802.11p为基础，提供短距离无线传输的技术，车车和车路通信为其主要应用方式。标准制定从2004年开始，由美国主导，2010年完成发布。其主要承载基本交通安全业务，不能支持未来的自动驾驶。

（2）C-V2X是基于蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术，通过D2D（Device-to-Device，直连通信）和蜂窝通信两种方式，支持包括车车、车路、车人以及车网等各类车联网应用。C-V2X是3GPP全球标准，包含LTE-V2X和NR-V2X。其中，LTE-V2X主要承载基本交通安全业务，标准制定从2015年开始，2017年发布3GPP R14版本；NR-V2X基于5G NR（New Radio）技术，主要承载自动驾驶业务，于2020年发布3GPP R16版本。

1.2.2 DSRC技术体系

DSRC标准由IEEE基于Wi-Fi制定，其标准化流程始于2004年，主要基于三套标准：一是汽车相关的“专用短距离通信”物理标准（IEEE 802.11p）；二是WAVE（Wireless Access in Vehicular Environment，车载环境无线接入）标准，即IEEE 1609；三是消息字典SAE J2735和消息发送的系统技术要求SAE J2945。

1995年，欧洲标准化委员会CEN完成了欧洲DSRC标准的制定。1997年，日本TC204委员会制定了日本的DSRC标准。2003年，美国材料试验学会通过了ASTM E2213-03作为DSRC标准。为了加快DSRC的标准化进程，促进产业化发展，2004年IEEE成立WAVE工作组，该工作组负责在现有5.9GHz频段DSRC的基础上针对车联网中V2V和V2I对高数据速率和高速移动性的通信要求，设计一个全球范围内通用的标准IEEE 802.11p（2010年7月正式发布）。IEEE 802.11p基于无线局域网WLAN标准IEEE 802.11，但是其存在信号覆盖范围小、服务质量支持能力弱、无法对多媒体信息提供高质量的支持、难以适应车辆高速行驶过程中信道的频繁切换等缺点。针对这些问题，IEEE 802.11p通过对IEEE 802.11标准的扩展和补充来适应车联网V2V和V2I的通信要求，如先进的信息传输机制、高速移动互联、增强的安全性和身份认证等。DSRC协议栈结构如图1-3所示。

IEEE 802.11p标准主要规定了DSRC协议的物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）标准，DSRC协议中的上层功能由IEEE 1609协议栈实现。其中，IEEE 1609.1主要用作资源管理，定义了在资源管理者和远程设备间的远程管理应用；IEEE 1609.2负责制定安全机制；IEEE 1609.3负责网络层和传输层的服务，定义了WAVE短消息协议WSMP；IEEE 1609.4负责WAVE协议栈的信道切换操作，它工作于IEEE 802.11p MAC子层之上，制定了信道资源分配和信道协调的方法，使上层应用能够简单地利用信道资源。

1.2.3 C-V2X技术体系

C-V2X由3GPP通过拓展通信LTE标准制定。根据3GPP的标准，C-V2X包含了两种通信接口：一种是车、人、路之间的短距离直接通信接口（PC5，点对点直接通信），另一种是终端和基站之间的通信接口（Uu，设备与基站通信）。PC5接口提供类似于D2D的直接通信，C-V2X的终端设备无论是否处于蜂窝网络的覆盖范围内，均可以采用PC5接口进行V2X通信；当支持C-V2X的终端设备移动到蜂窝网络覆盖范围内时，可以在蜂窝网络的控制下使用Uu接口。C-V2X使用PC5接口和Uu接口共同支持V2X业务，包含LTE-V2X和NR-V2X，从技术演进角度讲，LTE-V2X支持向NR-V2X平滑演进。C-V2X的协议栈结构如图1-4所示，其总体框架与3GPP制定的移动通信网体系框架一致。

C-V2X标准的制定工作始于2015年，各工作组主要从业务需求、系统架构、安全研究和空口技术4个方面开展工作。业务需求由3GPP SA1工作组负责，系统架构由3GPP SA2工作组负责，安全研究由3GPP SA3工作组负责，空口技术由3GPP RAN工作组负责。C-V2X的标准化可以分成3个阶段：第一阶段（LTE-V2X）面向基本的道路安全业务通信需求，引入了工作在5.9GHz频段的直通链路（PC5接口）模式和公众移动蜂窝网（Uu接口）模式，对应LTE R14版本；第二阶段（LTE-eV2X）基于LTE技术，满足部分5G-V2X增强业务需求，主要是在PC5接口引入了载波聚合、高阶调制等技术，以提升数据传输速率，还引入了可降低时延的部分技术，对应LTE R15版本；第三阶段（NR-V2X）基于5G NR技术，实现全部或大部分NR-V2X增强业务需求，对应5G NR R16和R17版本。C-V2X的标准化进展如图1-5所示。

支持LTE-V2X的3GPP R14版本标准已于2017年正式发布，在业务需求方面定义了V2V、V2I、V2P、V2N、V2X等27类场景，给出了7种典型场景的性能要求。在系统架构方面，目前已经确定了在PC5接口的Prose和Uu接口的LTE蜂窝通信的架构基础上增强支持V2X业务，并明确增强架构至少要支持采用PC5传输的V2X业务和采用LTE-Uu的V2X业务。3GPP R14版本研究了如何通过增强Uu传输与PC5传输来支持基于LTE的V2X业务，明确了PC5接口的信道结构、同步过程、资源分配、同载波和相邻载波间的PC5和Uu接口共存、无线资源控制（RRC）信令和相关的射频指标及性能要求。

支持LTE-V2X增强（LTE-eV2X）的3GPP R15版本标准于2018年6月正式完成。在业务需求方面定义了5大类、25个用例的增强V2X业务，包括基本需求、车辆编队行驶、半/全自动驾驶、传感器信息交互和远程驾驶。3GPP R15版本明确了载波聚合、发送分集、高阶调制、资源池共享及减少时延、缩短传输间隔（TTI）的可行性及增益等增强技术。

支持5G新空口（NR-V2X）的3GPP R16版本于2020年7月完成，与LTE-V2X/LTE-eV2X形成互补关系，定义了25个用例，包括自动排队驾驶、半/全自动驾驶、支持扩展传感、远程驾驶和通用需求。在技术方面，PC5接口支持单播、组播和广播三种模式，以提供支撑不同业务的能力，支持In-Coverage、Partial-Coverage和Out-of-Coverage，基于通用的架构支持直通链路在中低频和毫米波频段工作。Uu接口网络引入V2X通信切片、边缘计算、QoS（Quality of Service，服务质量）预测等特性，以满足车联网低时延、高可靠性、大带宽等需求。

我国LTE-V2X相关空口、网络层、消息层和安全等核心技术标准已制定完成，标准体系初步形成（见表1-1）。2018年11月，全国汽车标准化技术委员会、全国智能运输系统标准化技术委员会、全国通信标准化技术委员会、全国道路交通管理标准化技术委员会共同签署了《关于加强汽车、智能交通、通信及交通管理C-V2X标准合作的框架协议》，加快LTE-V2X标准在汽车、交通、公安行业的应用。工业和信息化部联合国家标准化委员会发布《国家车联网产业标准体系建设指南》，其中信息通信分册为V2X通信标准建设给出了体系参考。中国通信标准化协会CCSA主要承担V2X通信行业标准制定。

1.2.4 DSRC和C-V2X的对比

福特公司与大唐公司、高通公司对DSRC和LTE-V2X实际道路测试性能的测试结果显示，在400～1200m的通信距离内，LTE-V2X系统的误码率明显低于DSRC系统，且LTE-V2X的可靠性和稳定性明显优于DSRC。福特公司与高通公司在美国密歇根的试验场进行对比测试的结果表明，LTE-V2X在通信距离（无遮挡及有遮挡两种环境）、抗干扰能力等方面的性能是DSRC的2～3倍。

从持续演进角度看，C-V2X包含R14 LTE-V2X、R15 LTE-eV2X和向后演进的NR-V2X，具备未来可支持自动驾驶的演进路线的优势。工业和信息化部明确选择了LTE-V2X制式作为车联网的直连通信技术，并在2018年明确规定将5.9GHz（5.905～5.925GHz）作为C-V2X工作频段。2019年美国联邦通信委员会（FCC）批准重新分配5.9GHz频段，把5.895～5.925GHz频段分配给C-V2X。

随着5G边缘计算和网络切片等技术的引入，未来智能路侧设备将随着“智慧道路”逐步落地，并与C-V2X相结合，实现人、车、路、系统的协同，与无人驾驶一起实现更丰富的安全、效率类业务。DSRC和LTE-V2X对比如表1-2所示。